5CrNi4Mo模具钢SLM工艺组织演化与力学性能深度研究

本研究论文主要探讨了在现代先进制造技术——选区激光熔化(SLM)增材制造过程中，使用5CrNi4Mo模具钢作为原材料的应用。5CrNi4Mo是一种常用的高合金钢，因其优异的耐磨性和耐热性，常用于制作各类高强度、高韧性的模具。通过SLM技术，研究人员成功地制备出这种钢材的零件，并对其组织演变及力学性能进行了深入研究。 论文首先介绍了SLM技术的基本原理，这是一种基于激光逐层熔化金属粉末，逐层堆积形成三维零件的过程。在这个过程中，关键工艺参数之一是激光线能量密度η，即激光功率与扫描速度的比例。不同的η值会直接影响熔池的温度控制和冷却速率，进而影响材料的微观结构和最终性能。 研究发现，当激光线能量密度过高（如387.5 J/m），过快的冷却可能导致熔体出现球化效应，形成内部残留孔隙，显著降低成形件的致密度，影响其整体机械性能。相反，过低的线能量密度（如155.0 J/m）会导致熔体润湿性减弱，成形件致密度不理想。通过优化η值至258.3 J/m，不仅减少了加工缺陷，还提升了成形件的致密度至98.12%，证明了合适的工艺参数对于获得高质量零件的重要性。 在组织方面，激光快速冷却促使材料经历马氏体相变。而5CrNi4Mo中的锰(Mn)、镍(Ni)和铬(Cr)等合金元素的存在，增强了过冷奥氏体的稳定性，降低了马氏体临界冷却速度，有助于形成均匀的马氏体组织。随着η的减小，马氏体晶粒细化，这有利于提高硬度和耐磨性。具体表现为，在η=193.8 J/m的条件下，成形试件表现出较高的显微硬度(689.5 HV0.2)、较低的摩擦系数(0.44)以及极低的磨损率(2.3×10^-5 mm^3/(N·m))，显示出良好的抗磨损性能。 该研究揭示了激光线能量密度在SLM制造5CrNi4Mo模具钢零件过程中的关键作用，并为优化SLM工艺参数以获得高性能模具钢提供了重要的指导。这对于推进金属零件的个性化定制、提高生产效率以及拓展新材料在工业领域的应用具有重要意义。